Раздел: Документация
0 1 2 3 4 5 6 7 ... 49 цв sooa 2 3 5 J I I I 1 I-1-1-1 ю го so too zoo soo woo zooo soao zfA Рис. 1.12. Характерные предельные параметры силовых полупроводниковых приборов: /—тиристоры; 2—запираемые тиристоры; 3—биполярные транзисторы; 4—транзисторы с изолированным затвором; 5 — МОП-транзисторы питания, электропривода, вторичных источниках питания, силовых электронных аппаратах и др. На рис. 1.12 приведены области характерных параметров основных типов новых силовых полупроводниковых приборов, выпускаемых в настоящее время. Среди новых приборов — мощные МОП-транзисторы, запираемые тиристоры, транзисторы с изолированным затвором [5]. Эти транзисторы применяются в большинстве типов преобразователей средней мощности, применяемых в качестве источников питания силовых электронных регуляторов для электропривода. Биполярные транзисторы с напряжением до 500 В и током до 50 А остаются пока наиболее применяемыми в силовых схемах. Во вторичных источниках питания малой и средней мощности и высокой частотой преобразования (свыше 20 кГц) успешно используются МОП-транзисторы. Использование МОП-транзисторов позволяет также значительно повысить КПД преобразователей и упростить их системы управления. Применение МОП-транзисторов в высокочастотных устройствах индукционного нагрева позволило также повысить их КПД более чем в 1,5 раза по сравнению с ламповыми генераторами. Освоение биполярных транзисторов с изолированным затвором, сочетающих достоинства МОП-транзисторов и биполярных, расширило возможности улучшения технико-экономических показателей преобразователей средней мощности, содержащих звенья повышенной частоты. Интенсивно внедряются в преобразовательную технику средних мощностей запираемые тиристоры. Сочетание высоких коммутируемых напряжений (свыше 1400 В) и больших токов определяет их преимущество перед биполярными транзисторами. Внедрение этих типов приборов позволяет упростить управление ключевыми режимами приборов в схемах автономных инверторов, импульсных регуляторов й др. Однако при напряжении ниже 1000 В предпочтительнее использовать биполярные транзисторы, имеющие еще более простое управление. Одним йз эффективных путей улучшения технико-экономических показателей преобразователей является конструктивно-технологическая интеграция элементов и, в частности, полупроводниковых приборов. Гибридные интегральные схемы, состоящие из соединенных определенным образом приборов (диодов, тиристоров, транзисторов и др.), смонтированных, как правило, в едином пластмассовом корпусе, называются силовыми полупроводниковыми модулями. Схемы соединений элементов в модулях обычно соответ- ствуют типовым схемам преобразования (например, однофазный или трехфазный мост) или их составным частям (например,. последовательно или параллельно соединенные элементы). На рис. 1.13, а —г представлены примеры типовых принципиальных схем диодных, тиристорных, диодно-тиристорных модулей ад модулей на запираемых тиристорах [6]. Появление новых силовых приборов значительно расширило номенклатуру модулей и области их использования. В" силовых транзисторных модулях наиболее широко используется соединение биполярных транзисторов по схеме Дарлингтона. На рис. 1.14 представлен пример интегральной однокаскадной схемы Дарлингтона со встречно-включенным диодом, включенным параллельно основному силовому транзистору. При соединении транзисторов по схеме Дарлингтона быстродействие переключения модуля уменьшается и растет значение напряжения насыщения. Коэффициент усиления в зависимости от числа каскадов возрастает на 2—3 порядка по сравнению с одним биполярным транзистором. Серийные транзисторные модули обычно изготавливаются по планарной технологии. Рядом зарубежных фирм выпускаются транзисторные силовые модули с большим числом параллельно соединенных транзисторных структур. При этом, благодаря -достижениям Ж Ж ж ж ж ж ж ж ж ж 5) ж ж ж ж ж в) к* v if ж- г) Рис 1 13 Примеры типовых принципиальных схем диодных (я), тиристорных Й!диадно-?ирИсторных (в) модулей и модулей на запираемых тиристорах (г)  Рис. 1.14. Транзисторный однока-скадный модуль по схеме Дарлингтона и высоким электрическим в области обеспечения идентичности , параметров, выравнивающие сопротивления часто исключаются. Корпуса силовых полупроводниковых модулей, как правило, представляют собой прямоугольную конструкцию из пластмассы с плоским металлическим основанием. В качестве изоляционного материала между полупроводниками и металлическим основанием используются различные керамические материалы с хорошей тешюпроводимостью сопротивлением. «Разумные» мощные приборы — новый вид интегральных модулей, включающих в себя кроме силовых элементов схемы управления, защиты, контроля, диагностики и др. Их технология основывается на монолитной интеграции силовых и слаботочных структур. Наиболее характерна интеграция биполярных и полевых транзисторов с напряжением до 1000 В и токами до десятков ампер и управляющих низковольтных аналоговых и цифровых логических компонентов, изготовленных по КМОП-технологии. Функционально «разумные» интегральные схемы являются связующим звеном между логической схемой внешнего управления и потребителем. «Разумные» мощные приборы являются идеальными с точки зрения удовлетворения требований по объединению функций управления и защиты в одном приборе [7]. В перспективе они могут получить самое широкое распространение в силовой электронике и заменить многие типы аппаратов: реле, выключатели, регуляторы и др. Следует также отметить большие возможности изменения функциональных свойств «разумных» приборов по желанию потребителей на основе единой технологии. 1.2. ТРАНСФОРМАТОРЫ И РЕАКТОРЫ Трансформаторы в силовой электронике широко используются для изменения уровней переменного напряжения, а также для Обеспечения гальванической развязки отдельных цепей. Основной особенностью использования трансформаторов в силовой электронике является то, что во многих типах преобразователей напряжения и токи в обмотках трансформаторов имеют несинусоидальную форму. Не менее широко в силовой электронике используются различного рода реакторы (дроссели), которые представляют собой устройства различной  Рис. 1.15. Магнитная система (а) и схема замещения (б) однофазного трансформатора, конструкции, выполнены в виде индуктивных катушек со сталью или без нее. Для переменного тока такие устройства обладают преимущественно индуктивным сопротивлением. Наиболее часто реакторы используются в качестве составных элементов фильтров постоянного и переменного тока. При этом на них выделяются отфильтрованные высокочастотные составляющие переменного напряжения несинусоидальной формы. Кроме того, они используются в цепях с импульсными напряжениями и токами в качестве составных элементов колебательных LC-контуров или элементов, ограничивающих скорость изменения импульсных токов в схеме. В зависимости от схемы, преобразователя, режима его работы и мощности различные параметры трансформаторов оказывают значительное влияние на электромагнитные процессы, протекающие в отдельных цепях схемы. Поэтому рассмотрим несколько подробнее параметры, характеризующие работу трансформатора. На рис. 1.15, а изображена магнитная система однофазного двухобмоточного трансформатора, первичная wt и вторичная и2 обмотки сцеплены между собой общим магнитным потоком Ф0, замыкающимся преимущественно по магнитопроводу. Так как пространственное расположение первичной и вторичной обмоток обычно различно, а магнитная проводимость маг-нитопроводов реальных трансформаторов имеет ограниченное значение, помимо общего магнитного потока в каждой обмотке возникнет дополнительный поток, который будет сцеплен только со своей обмоткой. Такой поток называется потоком рассеяния Ф5. Потоки рассеяния тем меньше, чем равномернее вдоль сердечника и ближе друг к другу расположены обмотки, а также чем выше магнитная проницаемость стали. По сравнению с общим потоком Ф0 потоки рассеяния Ф51 и Ф52 во много раз меньше. При составлении эквивалентной схемы трансформатора потоки рассеяния обмоток учитываются в виде индуктивностей рассеяния lsl и ls2 (рис. 1.15,6). Помимо индуктивностей рассеяния в эквивалентную схему входят активные сопротивления обмоток rt и г2, а индуктивность lq учитывает ток намагничивания 10, необходимый для создания потока Ф0. Сопротивление г0 учитывает потери в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи. Параметры элементов эквивалентной схемы определяются обычно из опытов холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Удельные энергетические показатели преобразователей в значительной мере определяются габаритными размерами и массой электромагнитных элементов, в частности трансформаторов. Поэтому при их проектировании важно точно сформулировать исходные данные: значения и формы токов и напряжений, частоты, превышение температуры относительно окружающей среды и др. Важнейшим фактором, определяющим массогабарит-ные показатели трансформатора, является его рабочая частота. Так, например, при синусоидальной форме напряжения на обмотках трансформатора (или реактора) потери в его магнитопроводе, изготовленном из стали или магнитных сплавов, согласно [8] определяются по формуле pc = af32b2m,(1.1) где Ре — удельные потери, Вт/см3; /"-частота перемагничива-ния, Гц; Вт — амплитуда Магнитной индукции, Тл; А—эмпирический коэффициент, характеризующий удельные потери для конкретного материала. Параметр А для наиболее распространенных материалов имеет следующие значения: 580 (электротехнические стали толщиной 0,05 мм), 360 (сплав 5 ОН толщиной 0,05 мм), 90 (сплав 80НХС толщиной 0,05 м). Для ферритов удельные потери определяются значением тангенса угла потерь по формуле pc = nb2mtgblixr,(1.2) 0 1 2 3 4 5 6 7 ... 49
|
